高分散耐硬水高温匀染剂的制备及染色性能

张生岗，刘钰青

（杭州美高华颐化工有限公司，浙江杭州 311231）

涤纶纤维是用途最广、消耗量最大的纤维品种［1］。由于纤维结构中缺少亲水基团，常用高温高压染色工艺进行染色，但这种染色工艺也时常导致染色不均匀问题。常用的解决办法就是在染浴中加入匀染剂来提高染色质量［2-3］。传统的高温匀染剂为甘油聚氧乙烯醚油酸酯（A 料）和苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚磺酸盐（B 料）的复配物，这种AB 型匀染剂染料适用范围广，具有较好的缓染性和移染性。但染厂在平时使用过程中发现，AB 型匀染剂对一些大分子染料的分散性不佳，尤其在硬水环境中染料的分散性下降较明显。针对这些问题，本研究选用生物基腰果酚聚氧乙烯醚为原料进行复配，研发了一种高分散耐硬水的高温匀染剂，并对比其与AB 型高温匀染剂在硬水环境下的染色性能。

1 实验

1.1 材料与仪器

试剂：冰醋酸（工业级），AB 型匀染剂（杭州美高华颐化工有限公司），腰果酚聚氧乙烯醚TF-n（n=3，5，7，9，10，代表平均EO 数，浙江传化智联股份有限公司），腰果酚聚氧乙烯醚磺酸铵（TF-SN）、硬水（水质硬度100×10-6～150×10-6）（自制）。染料：分散红玉167#、分散橙30#、分散深蓝79#（浙江龙盛集团）。织物：全涤针织布（150D，平均直径0.125 4 μm）。

仪器：红外染色机（德国），测色配色仪（美国）。

1.2 染色工艺

1.2.1 分散性研究

工艺配方：分散染料0.5 g/L，高温分散匀染剂0.5 g/L，采用冰醋酸调节pH 至5.0～5.5；工艺流程：以4 ℃/min 升温至130 ℃，保温30 min，以4 ℃/min 降温至80 ℃，抽滤。

1.2.2 缓染性研究

工艺配方：全涤针织罗马布5 g，高温分散匀染剂0.5 g/L，调节pH 至5.0～5.5，浴比1∶15；工艺流程：以2 ℃/min 升温至90 ℃，保温10 min，取出，水洗晾干，以2 ℃/min 升温至110 ℃，保温10 min，取出，水洗晾干，以2 ℃/min 升温至130 ℃，保温30 min，以2 ℃/min降温至80 ℃，取出，水洗晾干。

1.2.3 移染性研究

工艺配方：全涤针织罗马布5 g，高温分散匀染剂0.5 g/L，pH 5.0～5.5，浴比1∶15；工艺流程：以2 ℃/min升温至130 ℃，保温30 min，以2 ℃/min 降温至80 ℃，取出，水洗晾干。

1.2.4 消色性研究

工艺配方：全涤针织罗马布5 g，高温分散匀染剂0.5 g/L，pH 5.0～5.5，浴比1∶15；工艺流程：以2 ℃/min升温至130 ℃，保温30 min，以2 ℃/min 降温至80 ℃，取出，水洗晾干。

1.3 测试

K/S值：采用Datacolor 测色配色仪测试。

分散性：参照HG/T 4261—2011《纺织染整助剂涤用匀染剂高温分散性的测定》测定。将两层滤纸叠放入布氏漏斗中，打开真空泵，将工作液趁热倒入漏斗中进行抽滤，待工作液全部流下，取出滤纸，自然晾干后根据表面颜色深浅进行评级。评级共分为5级，颜色越浅级别越高，表明产品的分散性越好。

缓染性：参照HG/T 4261—2011《纺织染整助剂涤用匀染剂缓染性能的测定》测定，低温时布面颜色较浅，K/S值较低，随着温度的升高，K/S值升高，说明缓染性好，反之则性能不佳。

移染性：参照HG/T 4261—2011《纺织染整助剂涤用匀染剂移染性能的测定》，用测色仪分别测定染色后白布和色布的K/S值，对比加入匀染剂前后组合试样的移染率，移染率越大，移染效果越好。

消色性：参照HG/T 4261—2011《纺织染整助剂涤用匀染剂消色性能的测定》，在测色配色仪上测定K/S值，对比消色性。

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。

2 结果与讨论

2.1 腰果酚表面活性剂结构对分散性的影响

由表1 可知，未加入表面活性剂时染料分散性均为1 级，而加入表面活性剂后，染料分散性均有提高，说明表面活性剂对染料的分散性有一定的提升作用。分散染料结构中都含有苯环，根据相似相溶原理，腰果酚（含有苯环和长链烷烃结构）可以增溶悬浮在染浴中的染料颗粒，聚氧乙烯醚基（EO）可与染料分子中的羟基、氨基等基团结合来减少染料的迁移和扩散，延缓染色速度［4］。根据表1 结果，选择染料综合分散性较好的TF-5、TF-7 为原料与TF-SN 进行复配，以90、110 ℃的染色K/S值为评价指标。

表1 不同表面活性剂对各类染料高温分散性的影响

2.2 匀染剂的制备

以TF-5、TF-7 和TF-SN 3 种原料质量比为因素，正交实验结果如表2 所示。90 ℃时，表面活性剂种类对染色K/S值的影响较小；110 ℃时，TF-5 与TF-SN占比对染色K/S值的影响均较大。根据110 ℃的结果优化组合为A3B1C3，即TF-5、TF-7 和TF-SN 质量比为3∶1∶3。根据这一比例复配得到匀染剂M-206A，并与AB 型高温匀染剂进行染色性能对比。

表2 L9（33）匀染剂制备正交实验表

续表2

2.3 性能对比

2.3.1 缓染性

缓染性是表征助剂影响染料匀染程度的一项重要性能。从图1 中可以看出，90、110 ℃时，M-206A 的K/S值低于AB 型匀染剂，而130 ℃时，M-206A 的K/S值高于AB 型匀染剂。说明M-206A 在低温时能够较好地分散染料，阻止染料上染，同时在高温下不影响染料的上染。综合分析，M-206A 的缓染性优于AB 型匀染剂。

图1 M-206A 与AB 型匀染剂缓染性对比

2.3.2 移染性

在高温下，提高染料移染性可使色深部位的染料从纤维上解吸下来并重新上染至得色较浅的部位。分散染料上染涤纶纤维只是染料在涤纶中的一种扩散作用，涤纶纤维的紧密结构和极度致密的表面结晶层等对分散染料的扩散起到了阻滞作用，尤其是达到130 ℃保温染色阶段后，染浴中的染料绝大部分已上染到纤维上，缓染已基本完成，移染在此阶段成为关键，将进一步推进并保证织物整体的匀染效果［5］。由图2 可以看出，空白的移染率为52.86%，加入M-206A 和AB 型匀染剂后，移染率分别提升至62.63%和63.32%，表明腰果酚基匀染剂的移染性与AB 型匀染剂接近。

图2 M-206A 与AB 型匀染剂移染性对比

2.3.3 上染曲线

将M-206A 和AB 型匀染剂在硬水（水质硬度为150×10-6）条件下进行染色，从80 ℃开始，每隔10 ℃取样，水洗烘干后测试布面K/S值，并绘制上染曲线，对比硬水条件下M-206A 与AB 型匀染剂的染色性能。由图3 可知，上染初期（80～90 ℃），由于染料和匀染剂发生了不同程度的结合而形成了聚集体，染料并未和纤维结合，上染率较低；随着温度的升高，染料和匀染剂分开后与纤维结合，上染速率上升，从而达到缓染效果［6］。M-206A 在硬水条件下的缓染性能优于AB 型匀染剂。这可能是由于在硬水条件下，水中的金属离子对染料的上染有一定影响，而M-206A能够降低金属离子的影响程度，但具体原因与作用机理需要后期实验进一步验证。此外，M-206A 对3 种染料的缓染作用主要发生在100～120 ℃，高于120 ℃后，缓染作用逐渐减弱，移染作用逐渐增强。

图3 M-206A 与AB 型匀染剂在硬水条件下的染色性能对比

2.4 匀染剂用量对染色性能的影响

在工厂实际使用过程中，匀染剂用量与所染颜色的深浅有关，并不是匀染剂用量越高越好，尤其在染中深色与深色时，高用量匀染剂可能会带来得色量降低的现象。由图4 可知，在匀染剂用量为0.5 g/L时，M-206A 和AB 型匀染剂的K/S值都和空白较接近；随着用量的增加，布面K/S值都下降，这是由于匀染剂用量增加，染液中的胶束聚集数增加，胶束的存在增加了染料在溶液中的分散稳定性，从而降低了染料的平衡上染率［7］。

图4 匀染剂用量对染色性能的影响

2.5 耐摩擦色牢度

染色产品的耐摩擦色牢度主要与织物上的浮色有关，若浮色去除干净，则染色产品的耐摩擦色牢度会更好［8］。由表3 可知，M-206A 的耐摩擦色牢度与AB 型匀染剂相当，可满足实际生产需要。

表3 使用M-206A 与AB 型匀染剂染色织物的耐摩擦色牢度

3 应用实例

3.1 材料与设备

材料：“回用水”［水质总硬度（以CaCO3计）120 mg/L，电导率3 200 S/m］，超细涤纶纤维针织双面布100D×96F，105 g/m2。

设备：高温气流染色机（立信公司）。

3.2 中灰色染色

工艺配方：分散红玉167# 0.3%(omf)，分散橙30#0.98%(omf)，分散深蓝79#0.85%(omf)，M-206A 2 g/L，pH 4.5～5.5，浴比1∶4.5。工艺曲线如下：

工厂实际使用结果：织物的色差、深浅、色光都在颜色评估可接受范围内，布面无色花、色迹，满足实际生产需求。

4 结论

（1）以对染料有高分散性的生物基腰果酚聚氧乙烯醚TF-5、TF-7 和腰果酚聚氧乙烯醚磺酸铵TFSN 为原料成功制备了高分散耐硬水匀染剂M-206A。

（2）M-206A 的缓染性优于AB 型匀染剂，且在硬水条件下的染色性能差异更加明显，两者在移染性能上比较接近。

（3）M-206A 可以替代传统AB 型高温匀染剂。